DE3230068A1 - Verfahren zur genauen positionierung eines laserstrahls und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur genauen Positionierung eines Laserstrah-
• les und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur genauen Positionierung eines auf eine Stelle eines Zielobjektes gerichteten Strahles eines Lasersenders und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Zur Beschädigung oder Zerstörung von Zielobjekten oder von Teilen davon können Laser als Waffen eingesetzt werden. Mit einem Waffenlaser kann z.B. an einem zur Beschädigung oder Zerstörung eines Zielobjektes geeigneten Punkt ein Loch eingebrannt, eine Empfangs- oder Sendeoptik eines elektrooptischen Gerätes beschädigt oder ein elektrotechnisches Gerät außer Funktion gesetzt werden. Voraussetzuna hierfür ist iedoch. daß der oder Zielverfolgungsgerätes aus. Da die zu treffende Stelle des Zielobjektes je nach Anwendung einen Durchmesser von einigen Zentimetern bis zur Größenordnung von etwa 1 Meter hat, muß bei einer Zielentfernung von z.B. 5km die Genauigkeit, mit der der Zielpunkt gehalten werden kann, wesentlich besser als 0,02mrad bei einem Durchmesser der Strahlauftreffstelle von 10 cm bzw. 0,2 mrad bei einem Durchmesser von 1 Meter sein.
• Diese Genauigkeit, vor allem der erstgenannte Wert,ist mit herkömmlichen Visier- oder Zielgeräten jedoch nicht zu erreichen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, der eine gegenüber herkömmlichen Mitteln genauere Positionierung eines auf eine Stelle eines Zielobjektes gerichteten Laserstrahles ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß sowohl die Winkellage der vom Zielobjekt reflektierten Laserstrahlung als auch die Winkellage der thermischen Strahlung, welche die vom Laserstrahl getroffene und erwärmte Stelle (Brennfleck A) des Zielobjektes aussendet, gemessen und durch einen Vergleich dieser beiden Winkellagen eine Ablagesignal gewonnen wird, welches den Lasersender nachsteuert und damit den Laserstrahl auf den Brennfleck des Zielobjektes gerichtet hält.
• Die Erfindung geht davon aus, daß ein auf ein Zielobjekt gerichteter Laserstrahl die getroffene Stelle des Zielobjektes erwärmt, so daß ein Brennfleck entsteht, der thermische Strahlung aussendet, welche diesen Brennfleck von seiner Umgebung unterscheidet. Der Brennfleck ändert nun seine Position auf dem Zielobjekt infolge thermischer Trägheit der dort erhitzten Masse relativ langsam gegenüber dem z.B. aufgrund athmosphärischer Turbulenzen oder Instabilitäten des Lasermediums vom Brennfleck weg wandernden Laserstrahl. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun die thermische Strahlung des Brennflecks mit der Momentanlage des Laserstrahls auf dem Zielobjekt verglichen und zwar dadurch, daß ein Vergleich der Winkellage der Brennfleckstrahlung'und der reflektierten Laser strahlung des ausgewanderten Laserstrahls vorgenoemen wird. Aus der Ablageinformation läßt sich ein Signal gewinnen, das den Lasersender nachsteuert und damit für die gewünschte Einwirkungszeit den Brennfleck auf dem Zielobjekt mit der geforderten Genauigkeit positioniert, d.h. in seiner Position genau stabilisiert.
• Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Winkellage der thermischen Strahlung des Brennflecks und der vom Zielobjekt reflektierten Laserstrahlung über einen Empfänger von einem Winkelsensor gemessen, wobei das Ausgangssignal des Winkelsensors einem Komparator zugeführt wird und dessen Ausgangs signal dem Lasersender zugeführt wird.
• Vorteilhafte Ausführungsformen einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Merkmalen der übrigen Unteransprüche angegeben.
• Dabei ist bei einer Ausführungsform einer erfindungsgäen Einrichtung zur Erm5glichung des Vergleiches der beiden Winkellagen für die trennfleckstrahlung und für die reflektierte Laserstrahlung ein gemeinsamer Empfänger mit einem Filter zur Trennung der beiden Strahlungsbereiche vorgesehen ist. Es ist aber auch möglich, daß für die Brennfleckstrahlung und für die reflektierte Laserstrahlung zwei getrennte Empfänger verschiedener Wellenlängenbereiche vorgesehen sind.
• Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren steuert das aus den beiden Winkellagen gewonnene Ablage signal den Lasersender nach. Es ist daher zweckmäßig, wenn zur Nachsteuerung des Lasersenders geeignete auf den Lasersender einwirkende Mittel vorgesehen sind. Hierzu ist bei einer ersten vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung der Lasersender auf einer von dem Komparatorausgangssignal steuerbaren Plattform angeordnet. Die Richtmittel zur Nachsteuerung des Lasersenders können auch aus einer nachsteuerbaren Optik, z.B. einer adaptiven Optik bestehen, welche in den optischen Pfad anstelle einer Plattform eingefügt und von dem Komparator angesteuert wird.
• Um bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung die Veränderung des Laserstrahls aufgrund atmosphärischer Turbulenzen besser ermitteln, berücksichtigen und ausregeln zu können, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Lasersender und dem Komparator eine die Winkellage des Lasersendestrahls messende Winkelmeßeinrichtung vorgesehen ist. Damit-wird dem Komparator auch ein Signal über die Winkellage des Sendestrahls zugeführt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird gewöhnlich in Verbindung mit einem Visiergerät angewandt, insbesondere bei beweglichen Zielobjekten. Hierzu ist es zweckmäßig, wenn bei einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchwahrung des Verfahrens die Empfnger und der Laser sender mit einem Visiergerät gekoppelt sind. Als Visiergerät wird zweckmäßigerweise ein Zielverfolgungsgerät vorgesehen, wobei hierfür z.B. ein Radars ein IR- oder ein Fernsehgerät verwendet werden kann.
• Eine Vereinfachung des Aufbaus einer Einrichtung wird dadurch erzielt, daß die Empfänger und der Laser sender auf einer gemeinsamen Grob-Plattform angeordnet sind, die vom Visiergerät gesteuert wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand einer in der Zeichnung schematisch in der Art eines Blockschaltbildes aufgezeigten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher beschrieben.
• Die Einrichtung weist einen Lasersender LS auf, der mit Hilfe eineStisiergerätes, z.B. eines Zielverfolgungsgerätes ZV, auf ein sich z.B. in Richtung des eingezeichneten Pfeiles 5 bewegendes Zielobjekt ZO gerichtet wird.
• Dort trifft der vom Lasersender LS ausgesandte Laserstrahl 1 auf eine Stelle A des Zielobjek.tes ZO. Diese Stelle A erwärmt sich nun und wird im folgenden daher als Brennfleck bezeichnet. Der sich erwärmende Brennfleck A sendet nun thermische Strahlung 2 aus, die ihn von seiner kälteren Umgebung untrscheidet. Dabei ändert der Brennfleck A infolge thermischer Trägheit der auf dem Zielobjekt erhitzten Masse seine Position auf dem Zielobjekt relativ langsam, während die Laserstrahlung 1 z.B. aufgrund atmosphärischer Turbulenzen oder Ungenauigkeiten des Zielverfolgungsgerätes von dem Brennfleck A weg zu einer Stelle B auswandert (Laserstrahl la). Um nun den Laserstrahl möglichst genau für eine bestimmte Zeit, nämlich für die zu einer Zerstörung oder Beschädigung der verwundbaren Stelle A erforderliche Einwirkungszeit auf den Brennfleck gerichtet zu halten, wird nun die thermische Strahlung des Brennlecks mit der Ecmentanlage der Laser strahlung auf dem Zielobjekt verglichen, indem ein Vergleich der Winkellage der Brennfleckstrahlung 2 und der von der Stelle B reflektierten Laserstrahlung 3 vorgenommen wird. Hierzu besitzt die Einrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel zwei getrennte Empfänger EI und E2 verschiedener Wellenlängenbereiche, d.h. der Empfänger El für die Brennfleckstrahlung 2 ist mit einem IR-Sensor ausgestattet und der Empfänger E2 für die reflektierte La- serstrahlung 3 ist auf deren Wellenlänge abgestimmt.
• Die Empfänger El und E2 sind jeweils auf einer Plattform P1 bzw. P2 angeordnet und führen die in elektrische Signale umgewandelte jeweilige Strahlung jeweils einem Winkelsensor W1 bzw. W2 zu. Die Ausgangssignale dieser beiden Winkelsensoren werden einem Komparator K zugeführt, welcher die Winkelablage 4 bildet. Dieses Komparatorausgangssignal 8 , d.h. der Differenzwert, wird dem Lasersender LS zugeführt und steuert diesen so nach, daß das A zu Null geregelt wird. Hierzu sind auf den Lasersender einwirkende Nachsteuerungsmittel 4 vorgesehen, die als von dem Komparatorausgangssignal steuerbare Plattform ausgebildet oder als Richtmittel im optischen Pfad, z.B. in Form einer nachsteuerbaren adaptiven Optik oder eines Richtspiegels, eingefügt sind. Außerdem ist zwischen dem Lasersender LS und dem Komparator K noch eine Winkelmeßeinrichtung W3 angeordnet, welche die Winkellage des abgestrahlten Laserstrahls 1 mißt und dem Komparator zuführt. Damit erhält der Komparator K außer der Information über die Winkellage der Brennfleckstrahlung 2 eine Information sowohl über die Winkellage des Ortes, der vom Laserstrahl getroffen werden soll als auch über die Winkellage desjenigen Ortes, der vom Laserstrahl tatsächlich getroffen wurde und von dem der Laserstrahl reflektiert wird, also eine Information über den Sende- und den Reflexionswinkel des Laserstraifles. Bei der Bildung des Komparatorausgangs signals ^ wird daher auch der tatsächliche Sendewinkel berücksichtigt.
• II Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims (11)

1. Patentansprüche Verfahren zur genauen Positionierung eines auf eine Stelle eines Zielobjektes gerichteten Strahles eines Lasersenders, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß sowohl die Winkellage der vom Zielobjekt (ZO) reflektierten Laserstrahlung (3) als auch die Winkellage der thermischen Strahlung (2), welche die vom Laserstrahl (1) getroffene und erwärmte Stelle (Brennfleck A) des Zielobjektes (ZO) aussendet, gemessen und durch einen Vergleich dieser beiden Winkellagen ein Ablagesignal (a) ) gewonnen wird, welches den Lasersender (LS) nachsteuert und damit den Laserstrahl (1) auf den Brennfleck (A) des Zielobjektes (ZO) gerichtet hält.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ke n nz e i c h n e t , daß die Winkellage der thermischen Strahlung (2) des Brennflecks (A) und der vom Zielobjekt (ZO) reflektierten Laserstrahlung (3) über einen Empfänger (E1, E2) von einem Winkelsensor (W1, W2) gemessen wird, daß das Ausgangssignal des Winkelsensors (W1, W2) einem Komparator (K) zugeführt wird und daß dessen Ausgangssignal ( n ) dem Lasersender (LS) zugeführt wird.
3. 3. Einrichtung zur Burchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für die Brennfleckstrahlung (2) und für die reflektierte Laserstrahlung (3) ein gemeinsamer Empfänger mit einem Filter zur Trennung der beiden Strahlungsbereiche vorgesehen ist.
4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß für die Brennfleckstrahlung (2) und für die reflektierte Laserstrahlung (3) zwei getrennte Empfänger (El, E2) verschiedener Wellenlängenbereiche vorgesehen sind.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Empfänger (El, E2) auf einer Plattform (Pl, P2)angeordnet sind.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lasersender (LS) auf einer von dem Komparatorausgangssignal (S ) steuerbaren Plattform angeordnet ist.
7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Richtmittel zur Nachsteuerung des Lasersenders (LS) eine nachsteuerbare Optik, z.B. eine adaptive Optik, in den optischen Pfad eingefügt ist.
8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem Lasersender (LS) und dem Komparator (K) eine die Winkellage des Lasersendestrahls (1) messende Winkelmeßeinrichtung (W3) vorgese;!en ist.
9. 9. Einrichtung nach einem aor Ansprüche 3 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Empfänger (El, E2) und der Lasersender (LS) mit einem Visiergerät gekoppelt sind.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Visiergerät ein Zielverfolgungsgerät (ZV) vorgesehen ist.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Empfänger (E1, E2) und der Lasersender (LS) auf einer gemeinsamen Grob-Plattform angeordnet sind, die vom Visiergerät (ZV) gesteuert wird.